DELPHI детектор: CERN-нің ірі бөлшектер үдеткішінің тарихы мен құрылысы
DELPHI experiment
DELPHI детектор: CERN-дегі ірі бөлшектер үдеткішінің маңызды бөлігі. Бөлшектерді анықтау, жоғары дәлдік, 3D ақпарат беруде қолданылды. Тарихы мен музейлік орны туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
DELPHI (Лептондар, фотондар мен адрондарды анықтау детекторы) – CERN-дегі Үлкен Электрон-Позитрон Коллайдерінің (LEP) төрт негізгі детекторының бірі, және ол жасалған ең ірі бөлшектер үдеткіштерінің бірі. Басқа үш детектор сияқты, ол LEP-тің қарсыласып келіп соқтығысқан бөлшектер шоқтарының соқтығысу нәтижесін тіркеп, талдады. DELPHI-нің ерекше назары бөлшектерді анықтау, үш өлшемді ақпарат, жоғары дәлдік (деталь) және нақты координаталарды анықтау болды.
DELPHI (DEtector with Lepton, Photon and Hadron Identification) was one of the four main detectors of the Large Electron–Positron Collider (LEP) at CERN, one of the largest particle accelerators ever made. Like the other three detectors, it recorded and analyzed the result of the collision between LEP's colliding particle beams. The specific focus of DELPHI was on particle identification, three dimensional information, high granularity (detail), and precise vertex determination.
Құрылыс
DELPHI құрылысы 1983 жылы басталды және 1988 жылы аяқталды, 1989 жылы LEP жұмысын бастауға дайын болды. Орталық бөлігі сақталып, пайдаланылмаған кеңістікке (қазір LHCb эксперименті орналасқан жер) көшірілді, онда ол "музей" экспозициясы ретінде дайындалды.
The construction of DELPHI started in 1983 and was completed in 1988, ready for LEP starting operation in 1989. The central section was kept and moved to an unused space (now the location of the LHCb experiment) where it was prepared as a 'museum' setup.
Эксперименттік қондырғы
DELPHI 10 метрден ұзын, цилиндр пішіндес және диаметрі бар, салмағы 3500 тоннаға жетеді. Жұмыс істеген кезде, үдеткіштен шыққан электрондар мен позитрондар цилиндрдің ортасынан өтетін құбыр арқылы өтіп, детектордың ортасында соқтығысады. Соқтығысу нәтижесінде пайда болған бөлшектер құбырдан сыртқа қарай таралып, соқтығысудан туған бөлшектердің сипаты мен жолдарына талдау жасау үшін арнайы құрастырылған көптеген субдетекторлармен зерттеледі.
DELPHI had the shape of a cylinder over 10 metres in length and diameter, and a weight of 3500 tons. In operation, electrons and positrons from the accelerator went through a pipe going through the center of the cylinder, and collided in the middle of the detector. The collision products then travelled outwards from the pipe and were analyzed by many subdetectors designed to identify the nature and trajectories of the particles produced by the collision.
Субдетекторлар
Детектордың баррель бөлігінде бес іздеу детекторы болды: vertex детекторы (VD), ішкі детекторы (ID), уақыт проекциясы камерасы (TPC), сыртқы детекторы (OD) және баррель мюон камералары (MUB). Қысқа ғұмырлы бөлшектер жолдарды әсерлесу нүктесіне дейін экстраполяциялау арқылы табылады. VD мен TPC арасындағы ID аралық орналасу және триггер деректерін қамтамасыз етеді. Детектордың екі бөлігі – JET дрейф камерасы және триггерлік қабаттар (TL), әр жол үшін нүктелер мен полярлық бұрыш аясын шығарады. JET камерасында қолданылатын газ көбінесе CO2, және аздаған мөлшерде изобутаннан тұрады, бұл кіріп келетін бөлшектердің жолдарынан туындаған сигналдардың бір уақытта келуіне мүмкіндік береді. ОД баррельдік сақиналық бейнелеу Черенков детекторынан кейін соңғы бағыт өлшемдерін жүзеге асырады. Бұл әртүрлі диапазонды бөлшектерді анықтау үшін әртүрлі сындыру көрсеткіштеріне ие екі RICH радиаторын қолдану арқылы жасалды. Баррель RICH детекторы және Форвард RICH детекторы – әртүрлі полярлық бұрыштарды қамтитын екі тәуелсіз детектор болды.
There were five tracking detectors in the barrel part of the detector: the vertex detector (VD), the inner detector (ID), the time projection chamber (TPC), the outer detector (OD), and the barrel muon chambers (MUB). Short lived particles are found by extrapolating tracks back to an interaction point. The ID, between the VD and TPC, provides intermediate position and trigger data. The two parts of the detector are the JET drift chamber and the trigger layers (TL), producing points per track and polar angle coverage. The gas used in the JET chamber is mostly CO2, with a small amount of isobutane, which allows signals caused by incoming particle tracks to arrive at the same time. The OD provides a final direction measurements after the Barrel Ring Imaging Cherenkov detector. This was done using two RICH radiators of different refractive indices for particle identification in different ranges. The Barrel RICH detector and the Forward RICH detector were two independent detectors that covered different polar angles.
Трекерлік камералар
Сонымен қатар, детектордың алдыңғы бөлігінде төрт түрлі іздеу камерасы болды: алдыңғы камералар А (FCA) және В (FCB), ең алдыңғы іздеуші (VFT), алдыңғы мюон камералары (MUF) және айналадағы мюон камералары (SMC). Алдыңғы электромагниттік калориметрі (FEMC) қорғасын шыныдан жасалған екі 5 метрлік диаметрлі дискіден тұрады. Жоғары энергиялы фотонның қашып кетуін болдырмау үшін қосымша сцинтилляторлар орнатылды. Жарық интенсивтілігі шағын бұрышты плиткалы калориметр (STIC) және өте шағын бұрышты теггер (VSAT) арқылы өлшенеді. Жарық интенсивтілігін өлшеу үшін белгілі бір процестің оқиғаларын санау қажет, DELPHI экспериментінде бұл үшін кіші бұрыштардағы Бхабха шашырауы таңдалды. STIC – өзара әрекеттесу аймағының екі жағында орналасқан екі цилиндрлі детектордан тұратын, қорғасын сцинтилляторлы калориметр, ол кең бұрышты аймақты қамтиды. VSAT төрт калориметрлік модульден тұрады және Бхабха шашырауында туындаған электрондар мен позитрондарды анықтайды.
There were also four different tracking chambers in the forward part of the detector: forward chambers A (FCA) and B (FCB), the very forward tracker (VFT), the forward muon chambers (MUF) and the surround muon chambers (SMC). The forward electromagnetic calorimeter (FEMC) consisted of two 5 m diameter disks, made of lead glass. Additional scintillators were installed to ensure high energy photon did not escape. Luminosity is measured using the small angle tile calorimeter (STIC) and the very small angle tagger (VSAT). To measure the luminosity, the number of events of a known process must be counted, which in the DELPHI experiment was chosen to be Bhabha scattering at small angles. The STIC is a lead scintillator calorimeter consisting of two cylindrical detectors on either side of the interaction region, which covers a large angular region. The VSAT consists of four calorimeter modules and detects electrons and positrons produced in Bhabha scattering.
Ашытқы жүйесі
DELPHI триггер жүйесінің мақсаты – бастапқы электрон-позитрон өзара әрекеттесулерінен туындаған барлық оқиғаларды іріктеу. Триггер жүйесінде күшейе түсетін төрт деңгейлі таңдау бар (T1, T2, T3, T4), оның бірінші екі деңгейінің триггерлік шешіміне әрбір субдетектордан алынған деректер негіз болады. Соңғы екі деңгей – бағдарламалық сүзгілер.
The purpose of the trigger system for DELPHI is to select all events from original electron positron interactions. The trigger system has four levels of selectivity of increasing nature (T1, T2, T3, T4), using data contributions from each subdetector to inform the trigger decision of the first two levels. The last two levels are software filters.
Нәтижелер
DELPHI-ден алынған деректер → реакциясын алғаш рет зерттеуге мүмкіндік берді. Бұл WW жұптарын өндіру шегінен жоғары массалық энергияның орталығы арқылы іске асырылды. Деректерден W бозонының массасы 80,40 ± 0,45 GeV/c2 деп анықталды, содан кейін басқа LEP ынтымақтастықтарының нәтижелерімен біріктіріліп, басқа эксперименттермен сәйкес келетін соңғы нәтиже алынды. Хиггс бозондары да DELPHI эксперименті үшін жоғары қызығушылық тудырды, себебі Хиггс бозондары соқтығысуларда пайда болады. Бұл өзара әрекеттесудің қимасы Хиггс массасына күшті тәуелді, сондықтан оны өлшеулер нәтижесінде есептеуге болады. DELPHI арқылы Хиггс бозонының массасын анықтау мүмкін болмады, сондықтан тек массаның жоғары шегін беруге болады. Бұдан бөлек, 1989-1995 жылдар аралығында LEP1 деректерін жинау кезінде 91 GeV энергиядағы Z бозонының адрондық және лептондық ыдыраулары зерттеліп, әртүрлі каналдардың ені анықталды. Нәтижелер стандартты модельдің болжамдарымен және күтулерімен жақсы сәйкес келді. Кейін, 1995 жылы эксперимент 130 және 136 GeV аралық энергияларда жүргізілді, онда басқа LEP эксперименттерімен бірге алынған нәтижелер модельдік болжамдармен сәйкес болды.
The data produced from DELPHI allowed the → reaction to be studied for the first time. This was done by having center of mass energies over the threshold of WW pair production. From the data, the mass of the W boson was determined as 80.40 ± 0.45 GeV/c2 which was then combined with results from the other LEP collaborations to produce a final result compatible with other experiments. The Higgs boson was also a subject of high interest for the DELPHI experiment, as Higgs bosons are produced in collisions. The cross section of this interaction is strongly dependent on the Higgs mass, so it can be calculated from measurements. The Higgs boson mass wasn't able to be determined using DELPHI, so only a mass exclusion limit could be given. Furthermore during the LEP1 data taking runs in 1989 1995, hadronic and leptonic decays of the Z boson at 91 GeV were investigated and the widths of different branches were obtained. The results were in good agreement with the standard model predictions and expectations. Later in 1995, the experiment ran at intermediate energies of 130 and 136 GeV where, together with other LEP experiments, the results found were in agreement with model predictions.